科学家揭秘：地球氧气大爆发为何推迟了十亿年

为解决早期地球大气氧气如何积累这一长期存在的问题，研究人员将目光投向了早期地球化学中一个常被忽视的要素：镍和尿素等微量化合物在蓝细菌生长中的作用。
日本冈山大学行星材料研究所的首席研究员迪兰·M·拉特纳亚克博士（现就职于斯里兰卡佩拉德尼亚大学地质学系）解释道：“如果我们要殖民另一个星球，产生氧气将是一项巨大的挑战。因此，我们试图了解蓝细菌这种微小微生物是如何改变地球环境，使其适合包括人类在内的复杂生命进化的。这项研究获得的见解也将为未来火星样本返回任务的样本分析策略提供新框架。” 该研究所的田中良二教授和中村英三教授也参与了这项研究，成果发表在《通讯·地球与环境》期刊上。

**在实验室重现早期地球**
研究团队开展了两部分实验研究，旨在模拟太古代地球（约40亿至25亿年前）的环境条件。第一部分实验中，将铵、氰化物和铁化合物的混合物暴露在紫外-C（UV-C）光下，以复制臭氧层形成前可能到达地球表面的强烈辐射。这些实验探索了尿素——一种对生命至关重要的含氮化合物——是否能在这样的条件下自然形成。
第二部分实验中，蓝细菌（聚球藻属PCC 7002）培养物在交替的光照和黑暗周期下生长，同时改变其环境中镍和尿素的含量。研究人员通过监测光密度和叶绿素a水平来衡量这些化学因素如何影响蓝细菌的生产力。
基于实验结果，研究团队提出了一个新模型，解释氧气如何逐渐在大气中积累。在太古代早期，丰富的镍和尿素可能限制了蓝细菌的大量繁殖，从而阻止了持续的氧气释放。正如拉特纳亚克博士指出的：“镍与尿素在其形成和生物消耗方面存在复杂而有趣的关系，而当它们的浓度较低时，可能会促进蓝细菌的增殖。” 当这些物质的水平最终下降时，蓝细菌能够更持续地繁殖，推动氧气增加，最终导致了大氧化事件（GOE）的发生。

**对地球及地外的启示**
这些发现的意义远不止于理解古代历史。拉特纳亚克博士表示：“如果我们能清楚理解大气氧含量增加的机制，将有助于揭示其他行星上的生物标志物探测。” 他还补充道：“研究结果表明，无机和有机化合物之间的相互作用在地球环境变化中发挥了关键作用，加深了我们对地球氧气演化以及其上生命演化的理解。”
这些见解还可能为未来的行星探索提供参考，因为镍和尿素等元素可能会影响其他星球上氧气和生命的发展。
通过证明尿素可以在太古代条件下自然形成，并表明它既是营养物质也是抑制剂，研究人员揭示了微妙的化学平衡如何塑造了地球早期的生物圈。他们的发现表明，随着镍含量下降和尿素含量稳定，蓝细菌大量繁殖，释放出大量氧气。这种逐渐的转变最终将地球从一个无生命的星球变成一个能够维持复杂生态系统的星球——这是地球迈向宜居性漫长旅程中的关键一步。